聚氨酯硬泡保温材料阻燃技术

一、聚氨酯硬泡保温材料的燃烧过程
聚氨酯硬泡保温材料燃烧过程和一般高分子物质的燃烧过程相似，大体可分为五个阶段：(1)热量积蓄;(2)热分解或降解与挥发;(3)着火;(4)热传递;(5)蔓延。


二、聚氨酯硬泡保温材料常用的阻燃技术
目前高分子材料获得阻燃性的技术途径主要有抑制降解及氧化技术、催化阻燃技术、消烟技术、气相阻燃技术、隔热炭化层技术、接枝及交联改性技术、冷却降温技术等。

三、聚氨酯材料的阻燃方法主要有三种:
(1)在合成过程中添加含氯、溴、磷等元素的化合物，通常称为添加型阻燃剂。
(2)在原料异氰酸酯或有机多元醇键上引入氣、溴、磷、锑等原子，得到本体型阻燃泡沫塑料，称为反应型阻燃剂。
(3)在聚氨酯材料中引入耐热性高的基团，提高材料的阻燃性。

四、添加型阻燃剂
添加型阻燃剂是以物理方式分散于聚氨酯基体中，与聚氨酯基体及其反应原料之间不发生化学反应。添加型阻燃剂是目前聚氨酯硬泡保温材料阻燃应用较多的一类，有液态和固态阻燃剂。液态阻燃剂的稳定性差，阻燃性随时间而降低;但选择范围广，使用方便，对聚氨酯泡沫的反应影响比较小，且较为经济，工艺简单，所以现在仍是聚氨酯硬泡保温材料的重要阻燃剂。
添加型阻燃还可分为有机添加型阻燃剂和无机添加型阻燃剂。无机添加型阻燃剂主要有氧化锑、氢氧化铝(ATH)、磷酸铵、硼酸盐、可膨胀石墨等;有机添加型阻燃剂主要有三(22 氯丙基)磷酸酯(TCPP)、三(22 氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)、四(22 氯乙基)亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯/(DMMP)、多溴二苯醚等。
（1）无机添加型阻燃剂
无机阻燃剂是一般是将无机化合物填充到聚氨酯硬泡保温材料基体中，在受热后分解，吸收大量热量，从而达到阻燃目的。无机添加型阻燃剂的优点是毒性低、不挥发、热稳定性好、不析出、有持久的阻燃效果、价格低、发烟量低;缺点是这类阻燃剂用量和粒度对材料的阻燃性以及物理性能都有影响，并且其本身会导致聚合物的成型加工性能和物理性能的降低。这类阻燃剂一般为固态，有较强的极性和亲水性，同非极性聚合物材料的相容性差，在与聚氨酯硬泡保温材料基体界面作用较差，难以形成良好的结合和粘接。有些阻燃剂如果直接添加到聚氨酯硬泡保温材料基体中，会严重影响到聚氨酯硬泡保温材料的阻燃效果，需要对这类阻燃剂进行化学处理，如进行表面改性、超细化、大分子键合处理，从而降低阻燃剂用量、降低发烟量、提高泡沫塑料制品性能。
（2）有机添加型阻燃剂
常用的有机添加型阻燃剂是含磷、溴、氯、氮等阻燃元素的有机化合物，尤其是有机磷系化合物是聚氨酯硬泡保温材料阻燃研究领域中广泛应用的一种阻燃剂。它们具有阻燃效率高、粘度低、与聚醚多元醇相容性好、热稳定性适中及抗“焦化”等优点。
在聚氨酯硬泡保温材料中应用最早且成本经济的品种是TCEP;但它容易迁移和挥发，阻燃持久性较差。为了减少挥发损失，可选用多氯化(多)磷酸酯和高摩尔质量的齐聚磷酸酯，如三(二氯丙基)磷酸酯和卤代双磷酸酯。在硬泡配方中加入 20%以内的三(2，2 二氯丙基)磷酸酯，可使硬泡的氧指数达 26% 。
嵇民等研究了采用甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为阻燃剂改善聚氨酯硬泡保温材料的阻燃性能。甲基膦酸二甲酯是一种不含卤素的高磷液态阻燃剂，磷元素的质量分数高达 25%。因此，用量小，在硬泡中加入5%，与加入14%的TCEP 或18%的磷酸三(2，3 二氯丙基)酯具有相同的阻燃效果。

五、阻燃剂的协同作用
在聚氨酯硬泡保温材料的阻燃体系中，较常用的阻燃协同体系是固态阻燃剂和液态阻燃剂。由于固态阻燃剂使物料粘度增加，而液态阻燃剂降低物料粘度;二者结合使用也可调节反应物料的粘度，得到高阻燃的聚氨酯硬泡保温材料。

六、反应型阻燃剂
反应型阻燃剂是阻燃元素参与聚氨酯的合成反应，成为聚氨酯材料主链结构中的一个链节，使聚氨酯硬泡保温材料具有优良的阻燃性能。阻燃元素主要是卤素、磷、锑等元素。含磷ji輿或(和)1s卤素的电无醇吸开氰酸酯等是聚氮酯的反应型阻燃剂。在生产聚氨酯硬泡保温材料配方中加入含磷、氯、溴、硼、氦阻燃元素的多羟基化合物等反应型阻燃剂，或在生产聚氨酯硬泡的主要原料一聚醚多元醇、异氰酸酯分子中引入阻燃元素，使聚氨酯硬泡分子中含有阻燃元素，从而获得阻燃性能。此种方法虽然具有阻燃性能持久性好、对物理机械性能影响较小等优点，但在聚醚多元醇或异氰酸醋中引入阻燃元素的反应需要专用设备，生产过程较复杂。